Что касается СССР, то дальнейшие работы по сверхтяжелым танкам здесь были связаны с появлением тяжелого танка КВ. Именно в развитие его конструкции появились новые образцы сверхтяжелых машин. По уже упоминавшимся выше причинам броневую защиту и вооружение танка КВ в 1940 году сочли недостаточным. Поэтому одна за другой появились две машины: 50-тонный Т-150 (КВ-3), отличавшийся более мощной броней, доходившей до 90 мм, и 65-тонный Т-220 (КВ-220), имевший броню толщиной 100 мм и 85-мм пушку Ф-30. Начались их испытания. Однако в марте 1941 года командование Красной Армии получило разведывательную информацию о том, что в Германии ведется проектирование новых тяжелых танков 40-тонного класса (речь могла идти о 45-тонном VK 4501(Р) и 36-тонном VК 3601(Н). Для борьбы с ними советским военным, по-видимому, показалось недостаточно не только тяжелых танков КВ-1 и КВ-2, но и КВ-3 с КВ-220. 7 апреля 1941 года СНК СССР и ЦК ВКП(б) приняли постановление, в котором определялись новые ТТХ танка КВ-3 и ставилась задача на проектирование сверхтяжелых танков КВ-4 и КВ-5.
У танка КВ-3 планировалось использовать лобовую броню до 120 мм и 107-мм пушку ЗИС-6. Танк КВ-4 должен был вооружаться такой же пушкой, но бронирование увеличивалось до 130 мм. Проектирование КВ-4 велось на Кировском заводе в апреле 1941 года. Начальник СКБ-2 Ж.Я.Котин привлек к разработке этого танка почти всех инженеров своего КБ и поставил этот процесс на конкурсную основу. Согласно уточненным ТТТ вооружение танка должно было состоять из двух орудий: 107- и 45-мм. Масса танка определялась в 90 т. Большую проблему представляла собой сварка бронелистов большой толщины, так как в то время с трудом справлялись со сваркой 75-мм брони. Не было двигателей нужной мощности, надежных КП, бортовых передач и многого другого. Впрочем, все это не останавливало заказчика в начале 1930-х годов, не остановило и в начале 1940-х.
Всего в апреле — мае 1941 года было разработано 20 эскизных проектов КВ-4. Самый легкий имел расчетную массу 82,5 т, самый тяжелый — 107 т. Победителем был признан проект Н.Ф.Шашмурина, который совместил установленную в корпусе 107-мм пушку с 76-мм пушкой во вращающейся башне, заимствованной у КВ-1. В июне работы по КВ-4 были прекращены в пользу КВ-5.
Последний разрабатывался на основе эскизного проекта КВ-4 Н.В.Цейца. Сохранив общую компоновку КВ-4, проект переделали так, чтобы использовать максимум элементов от КВ-1.
Главной особенностью КВ-5, отличавшей его от остальных КВ (за исключением КВ-2), была большая и высокая башня ромбовидной формы. Такая башня позволяла решить сразу несколько компоновочных проблем. Во-первых, казенник пушки при любых углах возвышения оставался в башне, во-вторых, командир танка и наводчик также целиком находились в башне и не были зажаты между казенником и погоном. Все это давало возможность обойтись сравнительно небольшим башенным погоном диаметром 1840 мм, от которого требовалось воспринимать лишь нагрузку от выстрела. Возросшую высоту танка можно было уменьшить за счет высоты корпуса в районе боевого отделения.